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纠正中学生对超导材料的误解
发布日期:2018-11-09  来源:中学物理   浏览次数:52
核心提示:摘要:超导材料作为一种先进材料,在我们的生活还中没有普遍的应用,但是其广泛的应用前景被给个国家的科学家所看好,其研究的应用价值非常高,我们国
摘要:超导材料作为一种先进材料,在我们的生活还中没有普遍的应用,但是其广泛的应用前景被给个国家的科学家所看好,其研究的应用价值非常高,我们国家科学家们研究也处于国际领先地位,所以学生对其表现出非常浓厚的兴趣。笔者在读研究生期间也做过一些研究工作,但是在高中物理教学过程中学生提出一些关于超大材料的问题,大多数学生对其的理解是有误区,所以笔者写这篇文章希望能够给中学生对于超导材料提供一些全面的理解。
关键词:超导;临界温度;磁阻
一般材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动几乎消失,材料的电阻趋近于零,此时称为超导体。超导材料已经是高科技材料中热门研究对象,超导的应用进入我们日常生活中的很多方面,比如:超导磁悬浮列车,超导磁体计算机,超导输电线路等。学生对超导体也非常有兴趣,因为他们总是能在媒体上能看到一些关于超导体应用的新闻,而且也总是感觉很新颖和好奇。所以笔者认为大多数教师在教学的过程中学生总是沿袭了一贯的认识,有的时候我们自己则回避了这些问题:
错误认识1:所有超导体的电阻都是零?
错误认识2:若超导体的电阻为零,则超导体中的感应电流应该是无穷大?
一,超导体的发现历程和分类
解决以上两个问题,首先了解一下超导的发现历程:1911年荷兰物理学家Onnes首次发现金属汞温度降到4.2K时电阻突然消失,如图1所示,人们把导体失去电阻的这种状态称作超导态,从此拉开了超导体研究的序幕。1933年Meissner和Ochsenfeld共同发现了超导体的另一个极为重要的性质,当金属处在超导状态时,这时超导体内的磁感应强度为零,却把原来存在于体内的磁场排 挤出去,即超导体具有完全的抗磁性,称这种现象叫做Meissner效应,如图2所示,这是超导电阻为零的起源,一般导体电阻是由于原子热振动或晶格缺陷阻尼电流的流动而形成。在导体处于超导态时电子是成对出现的,是指在晶体中众多可以自由运动的电子,总会有一些因适当的晶格形变而束缚在一起,形成相对稳定的一对电子,但这个电子对是由于晶格震动而吸引的,而晶格如果要震动,就一定需要能量,这就必然造成能量的损耗,只是这个损耗很小,以我们现有的技术水平还无法直接测出。退一步讲,即使晶格的震动没有能量损耗,超导的电阻也不为零。 人们将这种超导体称作第一类超导体,用Tc表示临界温度,Tc是物质常数,同种材料在相同条件下有确定的值。低温技术的发展,使人们能够获得比氦沸点(4.2K绝对零度代号为 K = -273℃)低得多温度,目前为止人们发现总共有28元素【1】可以实现超导转变,这些元素的电阻到超导态为零。为了使超导材料有实用性,人们开始了探索高温超导的历程,从1911年至1986年,超导温度由水银的4.2K提高到23.22K。经过70多年的不懈努力超导体的临界温度没有明显的提高,所以超导材料的研究一度很冷清,而且发现的超导体不能广泛的应用到我们生活中。
作者:郭亚锋 (浙江省宁海中学 浙江 宁波 315600)
 
 
 
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